基于AVL CRUISE新开发速比驱动桥的动力性仿真研究

2018-01-25高海文王虹王瑞鑫王有磊李轶楠刘银凤

汽车实用技术 2018年1期

高海文，王虹，王瑞鑫，王有磊，李轶楠，刘银凤

（1.北奔重型汽车集团有限公司技术中心，内蒙古包头 010040；2.北奔重型汽车集团有限公司总装公司，内蒙古包头 010040）

前言

根据客户需求，我公司开发了3.364速比驱动桥。为实现整车最佳动力性、经济性指标，应用AVL CRUISE软件对不同配置动力传动系统的动力性、经济性进行仿真分析。根据计算结果进行动力传动系统的选型，使用仿真软件进行计算，不仅能及时发现设计匹配中的问题，预估整车的动力性水平，而且可以缩短研制周期，避免浪费。

牵引车列车一般由牵引车底盘和挂车两部分组成，应用于高速物流长途运输。本文介绍了一种新速比的驱动桥动力性匹配计算方法，并应用AVL Cruise车辆性能计算软件对一款匹配3.364速比驱动桥的牵引车动力性和动力系统匹配进行了仿真分析。为样车的动力传动系统匹配提供理论支持。

1 整车动力装置匹配原理

1.1 最高车速

最高车速是汽车动力性能的主要评价指标，最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度。

由功率平衡方程（或功率平衡图）汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率pf、空气阻力功率pw、坡度阻力功率pi和加速阻力功率pj，则汽车功率平衡方程为：

当最高档的功率曲线与阻力功率曲线相交时，对应车速即为车辆的最高车速ua，可根据以上的功率平衡方可以求得，其中：

G ——整车重量(N)；

f ——轮胎滚动阻力系数；

CD——空气阻力系数；

A——迎风面积；

δ——汽车旋转质量换算系数；

i——道路坡度。

1.2 爬坡能力

汽车的爬坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度来表示。重卡由于在各种地区和路面上行驶，因此最大爬坡度时其动力性的最要评价指标。

最大爬坡度满足以下公式：

G ——整车重量 (N)

Rk——轮胎滚动半径(m)

f ——轮胎滚动阻力系数

αmax——牵引车最大爬坡角

ηt——牵引车传动系效率

Ik1——汽车变速器第一档速比

I0—— 汽车驱动桥速比

Iemax——牵引车最大转矩（Nm）

1.3 加速能力

汽车的加速能力可以用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价，但由于其不易测量，通常采用加速时间来表征汽车的加速能力，他对汽车的平均行驶速度影响较大。对于重卡来说，由于其载重大，车速较低，因此，加速时间对重卡影响较小。

图1 加速时间图

2 仿真车辆基本性能及参数

2.1 车辆总体参数

牵引车的基本参数如下：整车外形尺寸（长×宽×高）：7055×2550×3910mm；轴距：3450+1350mm；整备质量：9300kg；满载总质量：49000kg；空气阻力系数：0.7；车辆迎风面积：8.0m^2。整车仿真分析模型如下图：

图2 牵引车仿真分析模型图

2.2 仿真车辆动力系统匹配方案

汽车的动力性和传动系的参数选择匹配密切相关。理论上各参数可以连续任意变化,以获得最优的匹配效果。但在实际应用过程中,整车生产厂家在匹配时往往只能选择市场上已存在的发动机、变速器、主减速器等。本文根据该款车的实际使用工况及牵引车比功率要求（大于5kW/t），选择三款发动机，同时提供了三种部件组合方案，对动力匹配进行方案进行比较分析。

表1 三种方案配置表

3 车辆动力装置仿真分析

3.1 动力系匹配方案仿真结果

本文采用的车辆仿真模型，已经经过多次的试验修正，能够较为准确反应整车的动力性能。本次动力性能仿真只对相关部件参数进行修改，来完成该车型的仿真计算。

表2 三种方案仿真计算结果

3.2 动力系匹配仿真分析

本文通过仿真数据及图表对比分析三种方案的优劣性，为整车动力系统匹配提供理论依据。下图是三种方案功率平衡对比：

图3 方案一的功率平衡图

图4 方案二的功率平衡图

图5 方案三的功率平衡图

从三种方案的功率平衡图分析，可以看出三种方案的最高车速都达到了设计任务要求，其中方案一的最高车速为105 km/h，方案二的最高车速为 109km/h、方案三的最高车速为104km/h；另外，当评价档位为12档、爬坡度为5%时，方案一能达到的最高车速约为25km/h，方案二能达到的最高车速为30 km/h，方案三能达到28 km/h，并且仍然具有一定的后备功率。